HIV穿越细胞膜的机制

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为何HIV能够轻而易举地进入免疫细胞？卡耐基梅隆大学（Carnegie Mellon University）研究人员最近获得了一项重大发现：当HIV停靠在宿主细胞上后，降低了与细胞膜结合所需的能量，对免疫细胞的感染变得更加容易。这项发现，为计算机模拟HIV动力学，为新药研发和预防致死性感染提供了重要参考。详细内容刊登于“Biophysical Journal”杂志。
  卡耐基梅隆大学生物物理学副教授Stephanie Tristram-Nagle说，我们发现HIV融合肽明显降低了HIV与类细胞膜（cell-like membrane）结合所需的能量。这有助于膜变弯曲——HIV与免疫细胞的细胞膜融合过程的必需步骤。

  卡耐基梅隆大学研究人员利用X-ray研究HIV融合肽（某个蛋白的一部分）对人造脂质双分子层（模拟普通细胞膜）的能量的影响。脂质双分子层为细胞抵御外源物质提供了一道保护性屏障，当然也含有识别其它细胞、与其它细胞进行交流所需的分子。细胞间会通过小的、含有蛋白的囊泡或者其它分子载体进行沟通。递送“货物”时，来自于一个细胞的囊膜与另一个细胞的外膜融合，形成一种名为融合中间体（fusion intermediates）的混合结构。

  进化过程中，病毒也获得了与细胞融合卸载其遗传物质的技巧，将宿主细胞变成病毒的“生产车间”。HIV首先利用gp120分子将自身锁定在宿主免疫T细胞上，接着在gp41的辅助下渗入T细胞膜。融合过程离不开gp41中一个名为融合肽23（FP-23）的小片段。先前的研究结果显示，FP-23能够与血细胞和其它人造类细胞结构——脂质体（liposomes）融合，甚至能够破坏这些结构。

  研究人员说，FP-23在病毒融合过程中有多种重要作用。一个已知的作用是，FP-23附着在T细胞上，辅助gp41变形，进而通过T细胞提高HIV的 RNA和蛋白的量。卡耐基梅隆研究小组发现，P-23还有一种重要功能——降低融合中间体的自由能。这种短暂的形状随着HIV进入T细胞而产生、消失。

  通常情况下，细胞膜是抗弯曲的。研究人员能够测定克服这种抗性所需的能量。卡耐基梅隆小组发现，FP-23增长到之前的13倍（依细胞膜厚度而定）减少了其渗过人造细胞膜所需的能量。

  Tristram-Nagle认为穿膜所需能量减少，可能是HIV轻易感染细胞的部分原因，新发现将会改变了病毒-细胞相互作用的理论。这种现象提供了一种病毒感染细胞的普通途径，因此实验所用方法有望用于观察其它病毒系统。许多病毒可以通过有效降低透过细胞外膜的能量而进入细胞。

  卡耐基梅隆研究人员利用X-ray检测FP-23对脂质双分子层的效果。脂质双分子层的状态随着温度的改变而改变，但液相与细胞膜生理学状态最为相近。利用X-ray漫散射，研究小组对携带FP-23肽的不同脂质双分子层的结构特征进行定量分析。脂质双分子层的厚度也各不相同，影响了细胞膜的硬度。

  研究是在卡耐基梅隆的CHESS synchrotron操作的。CHESS synchrotron提供了适合多项研究的X-ray高密度源。Tristram-Nagle等下一步打算研究FP-23和胆固醇（一种已知的调节细胞膜硬度的分子）。